基于软开关技术的离网逆变器的研究与设计

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随着环境污染和能源短缺的日益严重,光伏发电以其独有的经济性和环保性,成为了新能源中的研究热点。逆变器作为光伏发电系统实现电能转换的核心环节,其转换效率对提高发电系统的性能具有举足轻重的作用。本文以单相光伏离网逆变器为研究对象,通过对传统的Boost电路进行改进,设计了一台高效率的光伏离网逆变器。  随着逆变器高频化、小型化的发展,开关器件的开通和关断损耗在系统总体功耗中所占的比例越来越大。论文在研究软开关技术的基础上,通过对几种典型的软开关拓扑结构进行分析,针对传统离网逆变器中硬开关存在的缺点,将软开关技术应用到光伏逆变系统中,设计了一种基于软开关技术的改进Boost电路。通过对其一个循环周期内6个工作状态进行分析,推导各工作状态的电压、电流状态方程,并在MATLAB中进行仿真实验,证明电路可以实现软开关过程,减少开关损耗。之后对改进电路的最大跟踪策略(Maximum Power Point Tracking, MPPT)进行研究。通过分析MPPT的工作原理和现有的MPPT控制方式,针对变步长电导增量法在环境变化较大时,由于变步长跟踪模式的切换条件固定,存在控制速度不稳定的问题,对其触发条件进行改进。通过选取合适的缩放系数,确定变步长的模式范围。同时在改进Boost电路模型的基础上,对改进后的变步长算法进行仿真。结果表明在光照强度剧烈变化时,改进后的算法具有较快的响应速度和较高的跟踪效率。  基于上述分析,搭建了硬件电路,编写了软件程序。系统选用STM32F405RG作为主控制器,硬件部分包括主电路和改进Boost电路参数的选取,控制回路和开关电源的设计。软件部分采用模块化程序设计方法,分别实现系统的初始化、信号的采样、SPWM等功能。最后在一台实验样机中进行测试分析,结果表明所设计的系统有较好的稳定性和较高的工作效率,能很好的实现逆变功能,达到研究目的。
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